化工原理第二版下册夏清贾绍义课后习题解答带图.docx

《化工原理第二版下册夏清贾绍义课后习题解答带图.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理第二版下册夏清贾绍义课后习题解答带图.docx（66页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -化工原理其次版夏清，贾绍义课后习题解答（夏清、贾绍义主编 . 化工原理其次版（下册）. 天津高校出版）社,2021.8.）第 1 章蒸馏1. 已知含苯 0.5 （摩尔分率）的苯 - 甲苯混合液，如外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯 和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1 附表。t （） 80.1859095100105x0.9620.7480.5520.3860.2360.11解：利用拉乌尔定律运算气液平稳数据BA查例 1-1 附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P * ，P * ，由于总压

2、*P = 99kPa ，就由 x = P-PB /PA -P B 可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平稳t-x图数据。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页，共 34 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -以 t = 80.1为例x =（ 99-40 ）/ （101.33-40 ） = 0.962同理得到其他温度下液相组成如下表依据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当 x = 0.5时

3、，相应的温度为922. 正戊烷（ C5 H12）和正己烷（ C6H14）的饱和蒸汽压数据列于此题附表，试求P = 13.3kPa 下该溶液的平稳数据。温度 C 5H12223.1 233.0 244.0251.0260.6275.1291.7309.3KC6H14248.2 259.1276.9279.0 289.0304.8322.8341.9饱和蒸汽压 kPa1.32.65.38.013.326.653.2101.3解： 依据附表数据得出相同温度下C5H12（ A）和 C6H14（B）的饱和蒸汽压可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结B以 t = 248.2时为例，当 t = 2

4、48.2时 P* = 1.3kPa可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结*查得 PA = 6.843kPa得到其他温度下A.B 的饱和蒸汽压如下表t 248251 259.1 260.6 275.1 276.9 279289291.7 304.8 309.3P *A kPa6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300*PB kPa1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250利用拉乌尔定律运算平稳

5、数据平稳液相组成以 260.6 时为例可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结当 t= 260.6时 x = P-P* /P* -P *可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结BAB=（ 13.3-2.826 ） / （ 13.3-2.826 ）= 1平稳气相组成以 260.6 为例*当 t= 260.6时 y = PA x/P = 13.3 1/13.3 = 1同理得出其他温度下平稳气液相组成列表如下t 260.6275.1276.9279289x10.38350.33080.02850可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - -

6、 - - - -第 2 页，共 34 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -y10.7670.7330.5240依据平稳数据绘出t-x-y曲线3. 利用习题 2 的数据，运算：相对挥发度。在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2的结果相比较。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解：运算平均相对挥发度 抱负溶液相对挥发度 = PA*/P*运算出各温度下的相对挥发度：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Bt248.0 251.0 259.1 260

7、.6 275.1 276.9 279.0 289.0 291.7 304.8309.3-5.291 5.563 4.178-取 275.1 和 279时的 值做平均m= （5.291+4.178 ）/2 = 4.730按习题 2 的 x 数据运算平稳气相组成y 的值当 x = 0.3835时，y = 4.73 0.3835/1+4.73-1 0.3835= 0.746同理得到其他 y 值列表如下t 260.6275.1276.92792895.2915.5634.178x10.38350.33080.20850y10.7460.7000.5550作出新的 t-x-y 曲线和原先的 t-x-y曲

8、线如图4. 在常压下将某原料液组成为 0.6 （易挥发组分的摩尔）的两组溶液分别进行简洁蒸馏和平稳蒸馏，如汽化率为 1/3 ，试求两种情形下的斧液和馏出液组成。假设在操作范畴内气液平稳关系可表示为 y = 0.46x + 0.549可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页，共 34 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -解：简洁蒸馏xF由 lnW/F= xdx/y-x以及气液平稳关系y = 0.

9、46x + 0.549可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结得 lnW/F= xxFdx/0.549-0.54x = 0.54ln0.549-0.54xF/0.549-0.54x可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结汽化率 1-q = 1/3就 q = 2/3即 W/F = 2/3ln2/3 = 0.54ln0.549-0.54 0.6/0.549-0.54x解得x = 0.498代入平稳关系式y = 0.46x + 0.549得y = 0.804平稳蒸馏由物料衡算Fx F = Wx + DyD + W = F将 W/F = 2/3代入得到xF = 2x/3 + y/3代入

10、平稳关系式得x = 0.509再次代入平稳关系式得y = 0.7835. 在连续精馏塔中分别由二硫化碳和四硫化碳所组成的混合液。已知原料液流量F 为 4000kg/h ，组成 xF 为 0.3 （二硫化碳的质量分率，下同）。如要求釜液组成 xW不大于 0.05 ， 馏出液回收率为 88。试求馏出液的流量和组分，分别以摩尔流量和摩尔分率表示。解：馏出回收率 = Dx D/Fx F = 88 得 馏出液的质量流量Dx D = Fx F 88 = 4000 0.3 0.88 = 1056kg/h结合物料衡算 Fx F = WxW + Dx DD + W = F得 xD = 0.943馏出液的摩尔流量

11、 1056/76 0.943 = 14.7kmol/h以摩尔分率表示馏出液组成x D = 0.943/76/0.943/76+0.057/154= 0.976. 在常压操作的连续精馏塔中分别喊甲醇0.4 与说.6（均为摩尔分率） 的溶液， 试求以下各种进料状况下的 q 值。（ 1）进料温度 40。（ 2）泡点进料。（ 3）饱和蒸汽进料。常压下甲醇 - 水溶液的平稳数据列于此题附表中。温度 t 液相中甲醇的 气相中甲醇的 温度 t 液相中甲醇的 气相中甲醇的摩尔分率摩尔分率摩尔分率摩尔分率可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第

12、 4 页，共 34 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.01.01.078.00.3

13、00.665解：（ 1）进料温度 4075.3时，甲醇的汽化潜热r 1 = 825kJ/kg水蒸汽的汽化潜热r 2 = 2313.6kJ/kg57.6 时 ，甲醇的比热 CV1 = 2.784kJ/kg 水蒸汽的比热 C V2 = 4.178kJ/kg 查附表给出数据当 xA = 0.4时，平稳温度t = 75.3 40进料为冷液体进料即 将 1mol 进料变成饱和蒸汽所需热量包括两部分一部分是将 40冷液体变成饱和液体的热量Q1 ，二是将 75.3 饱和液体变成气体所需要的汽化潜热 Q2 ，即 q =（ Q1+Q2） / Q 2 = 1 +（Q1 /Q2）Q1 = 0.4322.784 （

14、75.3-40 ） = 2850.748kJ/kgQ2 = 825 0.4 32 + 2313.60.6 18 = 35546.88 kJ/kgq = 1 +（Q1/Q2 ）= 1.08（ 2）泡点进料泡点进料即为饱和液体进料q = 1（ 3）饱和蒸汽进料q = 07. 对习题 6 中的溶液， 如原料液流量为100kmol/h ，馏出液组成为 0.95 ，釜液组成为 0.04（以上均为易挥发组分的摩尔分率），回流比为2.5 ，试求产品的流量，精馏段的下降液体流量和可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 5 页，共 34 页

15、- - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -提馏段的上升蒸汽流量。假设塔内气液相均为恒摩尔流。解： 产品的流量由物料衡算FxF = WxW+ Dx DD + W = F代入数据得W = 60.44 kmol/h 产品流量 D = 100 60.44 = 39.56 kmol/h精馏段的下降液体流量LL = DR = 2.539.56 = 98.9 kmol/h提馏段的上升蒸汽流量V 40 进料 q = 1.08V = V +（1-q ）F = D （1+R）= 138.46 km

16、ol/h V = 146.46 kmol/h8. 某连续精馏操作中，已知精馏段y = 0.723x + 0.263。提馏段 y = 1.25x 0.0187如原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比。 解：露点进料 q = 0即精馏段 y = 0.723x + 0.263过（ xD ， xD） xD = 0.949提馏段 y = 1.25x 0.0187过（ xW， xW） xW = 0.0748精馏段与 y 轴交于 0，xD/ （R+1）即 x D/ （R+1）= 0.263R = 2.61连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为（0.5345， 0.6490

17、） x F = 0.6499. 在常压连续精馏塔中，分别苯和甲苯的混合溶液。如原料为饱和液体，其中含苯 0.5 （摩尔分率，下同）。塔顶馏出液组成为 0.9 ，塔底釜残液组成为 0.1 ，回流比为 2.0 ，试求理论板层数和加料板位置。苯 - 甲苯平稳数据见例 1-1 。解：常压下苯 - 甲苯相对挥发度 = 2.46精馏段操作线方程y = Rx/（R+1）= 2x/3 + 0.9/3= 2x/3 + 0.3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 6 页，共 34 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - -

18、- 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -精馏段 y 1 = x D = 0.9由平稳关系式y =x/1 + -1x得x1 = 0.7853再由精馏段操作线方程y = 2x/3 + 0.3得y2 = 0.8236依次得到 x2 = 0.6549y3 = 0.7366x3 = 0.5320y4 = 0.6547x4 = 0.4353x4 x F = 0.5 x3精馏段需要板层数为3 块提馏段x 1 = x 4 = 0.4353可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结提馏段操作线方程y = L饱和液体进料q = 1x/ （L -W

19、） - WxW/ （ L -W）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结L / （L -W）= （L+F） /V = 1 + W/（3D） 由物料平稳 Fx F = WxW + Dx DD + W = F代入数据可得D = WL / （L -W）= 4/3W/（L -W）= W/（L+D）= W/3D = 1/3即提馏段操作线方程y = 4x /3 0.1/32 y = 0.5471由平稳关系式 y =x/1 + -1x得 x 2 = 0.3293依次可以得到 y 3= 0.4058x3 = 0.2173y 4= 0.2564x4 = 0.1229y 5= 0.1306x5 = 0.0

20、576 x 5 x W= 0.1 x4 提馏段段需要板层数为4 块理论板层数为n = 3 + 4 + 1 = 8块（包括再沸器）加料板应位于第三层板和第四层板之间410. 如原料液组成和热状况，分别要求，回流比及气液平稳关系都与习题9 相同，但回流温度为 20，试求所需理论板层数。已知回流液的泡殿温度为83，平均汽化热为3.2 10 kJ/kmol ，平均比热为 140 kJ/kmol 解：回流温度改为20，低于泡点温度，为冷液体进料。即转变了q 的值精馏段不受 q 影响，板层数依旧是3 块可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - -

21、-第 7 页，共 34 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -提馏段由于 q 的影响，使得 L / （ L -W）和 W/ （L -W）发生了变化 q =（Q1+Q2 ）/ Q 2 = 1 +（Q1/Q2）Q1 = CpT = 140 （ 83-20 ）= 8820 kJ/kmolQ2 = 3.2 104kJ/kmol q = 1 + 8820/3.2104 = 1.2756L / （ L -W）=V + W - F1-q/V - F1-q= 3D+W- F1-q/3D

22、- F1-qD = W，F = 2D得L / （ L -W）= 1+q/0.5+q= 1.2815W/（L -W）= D/3D- F1-q= 1/（1+2q）= 0.2815 提馏段操作线方程为y = 1.2815x - 0.02815x1 = x 4 = 0.4353代入操作线方程得y 2 = 0.5297再由平稳关系式得到x2 = 0.3141依次运算 y3 = 0.3743x3 = 0.1956y4 = 0.2225可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结45x = 0.1042y x5 = 0.0457 = 0.1054可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 x 5

23、x W= 0.1 x4提馏段板层数为4理论板层数为 3 + 4 + 1 = 8块（包括再沸器）11. 在常压连续精馏塔内分别乙醇 - 水混合液，原料液为饱和液体，其中含乙醇 0.15 （摩尔分率，下同），馏出液组成不低于 0.8 ，釜液组成为 0.02 。操作回流比为 2。如于精馏段侧线取料，其摩尔流量为馏出液摩尔流量的 1/2 ，侧线产品为饱和液体，组成为 0.6 。试求所需的理论板层数，加料板及侧线取料口的位置。物系平稳数据见例 1-7 。解：如下列图，有两股出料，故全塔可以分为三段，由例1-7 附表，在 x-y 直角坐标图上绘出平稳线，从xD = 0.8开头，在精馏段操作线与平稳线之间绘

24、出水平线和铅直线构成梯级，当 梯级跨过两操作线交点d 时，就改在提馏段与平稳线之间绘梯级，直至梯级的铅直线达到或越过点 CxW ， xW 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 8 页，共 34 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -如图，理论板层数为10 块（不包括再沸器）出料口为第 9 层。侧线取料为第5 层12. 用一连续精馏塔分别由组分A.B组成的抱负混合液。原料液中含 A 0.44 ，馏出

25、液中含 A 0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5 ，最回流比为 1.63 ，试说明原料液的热状况，并求出 q 值。解：在最回流比下，操作线与q 线交点坐标（ xq ，yq）位于平稳线上。且q 线过（ xF ，xF）可以运算出 q 线斜率即 q/1-q，这样就可以得到q 的值由式 1-47 R min = xD/x q - 1-x D/1-xq /（-1 ）代入数据得0.63 = 0.957/xq-2.5 1-0.957/1-xq/（2.5-1 ）xq = 0.366或 xq = 1.07（舍去）即 x q = 0.366依据平稳关系式y = 2.5x/（1 + 1.

26、5x）得到 yq = 0.591q 线 y = qx/（q-1 ）- x F/ （q-1 ）过（ 0.44 ，0.44 ），（ 0.366 ，0.591 ） q/ （q-1 ） = （0.591-0.44）/ （0.366-0.44）得 q = 0.67 0 q a$t,$ - t. 1:n,z =FF ”W g- - lp_$_;$p0.99-;.0.000J5.0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结6.EaEasBat*96aBa6o1-aB. afa1aoJa.-=,6/&*1aA. afatE n o.o sr-&. Tn &t&$tsfae.5r&on &i$.etitz

27、iasA usa:$aaaits no, &z&i$ o is, atIaax:s i s. si:$E1T2teR./a ,.zo. azs.a-z.s4&Jss*a#4x o.s. rOxp0.28D 27x, 0.2F B F=1.7可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结acasaazi.oxc-o.F=W+D可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结”P LP L可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结L=P yy =1. 75s.-0. 75Hx yXD.28可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结xy2

28、.5 x 0.0931+ &1 z,1-FI.5x 0.093a 204可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结$,=i. rsq or=a 2os NJli 2.Sx 0.157s. 3181+1.5 x0.lS7可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -第 2 章吸取31. 从手册中查得101.33kPa,25 时 , 如 100g 水中含氨1g, 就此溶液上方的氨气平稳分压为 0.987kPa 。已知在此浓

29、度范畴内溶液听从亨利定律，试求溶解度系数H kmol/m kPa 及相平稳常数 m解：液相摩尔分数x =（1/17 ）/ （1/17 ）+（100/18 ） = 0.0105气相摩尔分数 y = 0.987/101.33 = 0.00974由亨利定律 y = mx得 m = y/x = 0.00974/0.0105 =0.928液相体积摩尔分数C =（1/17 ）/ （10110-3 /10 3） = 0.5824 103 mol/m 3由亨利定律 P = C/H得 H = C/P =0.5824/0.987 = 0.590 kmol/m3 kPa62.101.33kPa,10 时，氧气在水中

30、的溶解度可用P = 3.31 10 x 表示。式中： P 为氧在气相中的分压 kPa。x 为氧在液相中的摩尔分率。试求在此温度及压强下与空气充分接触的水中每立方米溶有多少克氧。解：氧在气相中的分压P = 101.33 21 = 21.28kPa氧在水中摩尔分率x = 21.28/（3.31 106 ）= 0.00643 1033-6每立方米溶有氧0.0064 10 32/ （ 1810 ）= 11.43g23某混合气体中含有 2（体积）CO2，其余为空气。混合气体的温度为 30，总压强为 506.6kPa。从手册中查得 30时 CO在水中的亨利系数 E = 1.88 105 kPa，试求溶解度

31、系数 Hkmol/m 3kPa及相平稳常数 m，并运算每 100g 与该气体相平稳的水中溶有多少 gCO2 。53解：由题意 y = 0.02，m = E/P 总 = 1.88 10 /506.6 = 0.3710可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 13 页，共 34 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -依据亨利定律 y = mx得 x = y/m = 0.02/0.37 103 = 0.000

32、054即每 100g 与该气体相平稳的水中溶有CO2 0.000054 44100/18 = 0.0132 g H =/18E = 10 3 / （ 101.88 105）= 2.955 10-4 kmol/m 3kPa37. 在 101.33kPa，27下用水吸取混于空气中的甲醇蒸汽。甲醇在气， 液两相中的浓度都很低，平稳关系听从亨利定律。已知溶解度系数H = 1.995kmol/mkPa ，气膜吸取系数k G = 1.55-52-523 10kmol/m skPa ，液膜吸取系数k L = 2.08 10kmol/mskmol/m 。试求总吸收系数 KG，并运算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。解：由 1/K G = 1/kG + 1/HkL 可得总吸取系数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1/KKG = 1/1.55 10-5-5+ 1/（1.995 2.08 10-5 ）2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结G = 1.12210kmol/m